UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Y
DESARROLLO INMOBILIARIO
TESIS
DISEÑO SISMORRESISTENTE DE UN EDIFICIO MULTIFAMILAR DE CONCRETO ARMADO Y SU INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA EN SUELOS
BLANDOS EN EL DISTRITO NAZCA-ICA, 2021
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
AUTORES:
Bach. LEYVA VICENTE, MAYCKOL JESUS DNI 70843275
Bach. TRUJILLO ÑAUPA, YIMMI YOVANI DNI 71043723
LIMA - PERÚ
2021
Reporte antiplagio menor a 30%
ASESOR DE TESIS
______________________________________________
Mg. OVALLE PAULINO, DENIS CHRISTIAN DNI 40234321 https://orcid.org/0000-0002-5559-5684
JURADO EXAMINADOR
________________________________________________
Dr. JUAN ANTENOR CACEDA CORILLOCLLA DNI 41568334 https://orcid.org/0000-0002-3090-7100
Presidente
__________________________________________________
Dr. FERNANDO LUIS TAM WONG
DNI 07977890 https://orcid.org/0000-0002-5678-0056 Secretario
__________________________________________________
Mg. DANIEL VICTOR SURCO SALINAS
DNI 09722150 https://orcid.org/0000-0002-8782-8470 Vocal
DEDICATORIA
A mis padres quienes han sido la guía y el camino para poder llegar a este punto de mi carrera, que con su ejemplo, dedicación y palabras de aliento nunca bajaron los brazos para que yo tampoco lo haga, aun cuando todo se complicaba.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mis padres por el apoyo a lo largo de mi carrera, por haberme dado la oportunidad de darme una excelente educación alcanzar mis sueños de estudiar esta carrera y poder llegar a esta meta.
Agradecimiento a nuestra casa de estudio por guiarnos y dado los conocimientos de esta carrera, a nuestro asesor por guiarnos en esta tesis, a nuestros amigos que con su apoyo se ha logrado llegar a este punto de la carrera.
Agradezco a todos los demás, quienes me
RESUMEN
La investigación surge debido a que en la actualidad los edificios multifamiliares se deben realizar sismorresistentes de una edificación de concreto armado con 5 niveles, considerando la influencia de la flexibilidad del suelo mediante los modelos dinámicos D.D. Barkan-O.A.Savinov y Norma Rusa SNIP 2.02.05-87, aplicados en la cimentación que consta de zapatas aisladas, tanto para un suelo blando (s3) como intermedio (s2) en la región por lo que es necesario realizar este estudio de mecánica de suelo, manejar el Reglamento Nacional de Edificaciones que apoyen el diseño sismorresistente de edificio multifamiliar.
El diseño de investigación es cuasiexperimental, se realizó el diseño sismorresistente de una vivienda multifamiliar utilizando el programa, etabs con el objetivo de demostrar que el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado y su interacción suelo-estructura en suelos blando de la región de Ica-2021.
Para la presente investigación se ha utilizado el tipo de investigación explicativo y método de investigación cuantitativo.
La tesis permitió llegar a las conclusiones que una vivienda multifamiliar sea antisísmica y debe realizarse el estudio de suelo para conocer la capacidad actuante, asentamientos. También está basado en el Reglamento Nacional de Edificaciones y así poder realizar un edificio sismorresistente. Obteniendo los resultados de EMS se modela en etabs la edificación y la cimentación. Con el fin de realizar el análisis sísmico y dinámico para luego, proceder a diseñar los elementos estructurales, logrando así un Edificio Multifamiliar Sismorresistente.
Palabras clave: diseño sismorresistente, interacción suelo estructura.
ABSTRACT
The investigation arises because at present the multi-family buildings must be made seismic resistant of a reinforced concrete building with 5 levels, considering the influence of the flexibility of the soil through the dynamic models D.D. Barkan-O.A.Savinov and Russian Standard SNIP 2.02.05-87, applied to the foundation consisting of isolated footings for both soft (s3) and intermediate (s2) soil in the region, which is why it is necessary to carry out a soil mechanics study. , manage the National Building Regulations that support the seismic design of multi- family buildings.
The research design is quasi-experimental, the seismic-resistant design of a multi-family dwelling was carried out using the etabs program with the aim of demonstrating that the seismic-resistant design of a reinforced concrete multi-family building and its soil-structure interaction in soft soils in the region of Ica-2021.
For the present investigation, the type of explanatory investigation and the quantitative investigation method have been used.
The thesis allowed to reach the conclusions that a multi-family house is anti- seismic, the soil study must be carried out to know the acting capacity, settlements.
It is also based on the National Building Regulations and thus be able to make a seismic resistant building. Obtaining the results of EMS, the building and the foundation are modeled in etabs. In order to carry out the seismic and dynamic analysis and then proceed to design the structural elements. Thus obtaining a Seismic Resistant Multifamily Building.
Keywords: Seismic resistant design, Soil-structure interaction.
INDICE DE CONTENIDOS
CARÁTULA ... i
ASESOR DE TESIS ... ii
JURADO EXAMINADOR ... iii
DEDICATORIA ... iv
AGRADECIMIENTO ... v
RESUMEN ... vi
ABSTRACT ... vii
INDICE DE CONTENIDOS ... viii
INDICE DE TABLAS ... xi
INDICE DE FIGURAS ... xv
INTRODUCCIÓN ... xix
I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 20
1.1. Planteamiento de Problema ... 20
1.2. Formulación del problema ... 22
1.2.1. Problema general ... 22
1.2.2. Problemas específicos ... 22
1.3. Justificación del estudio ... 22
1.3.1. Justificación teórica. ... 23
1.3.2. Justificación práctica. ... 23
1.3.3. Justificación social. ... 23
1.4. Objetivos de la investigación ... 24
1.4.1. Objetivo general ... 24
1.4.2. Objetivos específicos ... 24
II. MARCO TEÓRICO ... 25
2.1. Antecedentes de la Investigación ... 25
2.1.1. Antecedentes nacionales ... 25
2.1.2. Antecedentes internacionales ... 32
2.2. Bases teóricas de las variables ... 37
2.2.1. Diseño Sismorresistente ... 37
2.2.2. Interacción suelo – estructura ... 63
2.3. Definición de términos básicos ... 73
III. MÉTODOS Y MATERIALES ... 76
3.1. Hipótesis de la investigación ... 76
3.1.1. Hipótesis general ... 76
3.1.2. Hipótesis específicas ... 76
3.2. Variables de estudio ... 76
3.2.1. Definición conceptual ... 76
3.2.2. Definición operacional ... 77
3.3. Diseño de la investigación ... 78
3.4. Tipo y nivel de la investigación ... 78
3.4.1. Investigación tecnológica ... 78
3.4.2. Método de Investigación. ... 78
3.5. Población y muestra de estudio... 79
3.5.1. Población ... 79
3.5.2. Muestra ... 79
3.6. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 80
3.6.1. Técnicas de recolección de datos ... 80
3.6.2. Instrumentos de recolección de datos ... 80
3.7. Métodos de análisis de datos ... 81
3.8. Aspectos éticos ... 81
IV. RESULTADOS ... 82
4.1. La contrastación de la hipótesis ... 82
4.1.1. Método estadístico para la contrastación de la hipótesis ... 82
4.1.2. La contrastación de la hipótesis general ... 82
4.2. Aplicación de la estadística inferencial de las variables ... 84
4.2.1. Normalización de la Influencia de las Variables 1 y 2. ... 84
4.2.2. El Planteo de la hipótesis general ... 84
4.2.3. Planteo de las hipótesis específicas ... 85
4.3. Aplicación de la estadística descriptiva de las variables ... 89
4.3.1. Variable independiente: diseño sismorresistente ... 89
4.3.2. Variable dependiente: interacción suelo estructura. ... 104
V. DISCUSIÓN ... 119
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 125
ANEXOS ... 129
Anexo 1. Matriz de consistencia ... 130
Anexo 2. Matriz de operacionalización de variables ... 131
Anexo 3. Instrumento ... 132
Anexo 4. Validación del instrumento ... 133
Anexo 5. Matriz de datos ... 136
Anexo 6. Propuesta de valor ... 137
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Predimensionamiento de las placas ... 49
Tabla 2. Factor de Zona ... 54
Tabla 3. Clasificación de los Perfiles de Suelo. ... 55
Tabla 4. Factor de suelo “S” ... 55
Tabla 5. Periodos “TP” y “TL” ... 55
Tabla 6. Categoría de las Edificaciones y Factor U. ... 56
Tabla 7. Sistemas estructurales ... 57
Tabla 8. Carga muerta. ... 61
Tabla 9. Peso propio según el espesor. ... 61
Tabla 10. Carga viva o sobrecarga ... 62
Tabla 11. Valores de Co ... 68
Tabla 12. Valores de k30 propuestos por Terzaghi ... 71
Tabla 13. Valores de 𝒌𝟑𝟎 propuestos por varios autores ... 71
Tabla 14. Operacionalización de variable. ... 77
Tabla 15. Validez del instrumento... 80
Tabla 16. Cuadro comparativo de las variables diseño sismorresistente y interacción suelo-estructura. ... 83
Tabla 17. Pruebas de normalización ... 84
Tabla 18. Correlaciones de hipótesis general ... 85
Tabla 19. Correlaciones de hipótesis específica 1 ... 86
Tabla 20. Planteo de la hipótesis específica 2 ... 87
Tabla 21. Planteo de la hipótesis específica 3 ... 88
Tabla 23. ¿Está de acuerdo con las curvas esfuerzo utilizado para el concreto armado en los diversos edificios multifamiliares del distrito de Nazca-Ica,2021? ... 89
Tabla 24. ¿Está bien a estructura para la construcción de las losas macizas en los diversos edificios multifamiliares del distrito de Nazca- Ica,2021? ... 90 Tabla 25. ¿Está conforme con la utilización de mansur para las estructuras
Tabla 26. ¿Está conforme con los metrados de carga para las estructuras de las losas macizas del concreto armado en los edificios multifamiliares en el distrito de Nazca-Ica,2021? ... 92 Tabla 27. ¿Está conforme con los estudios que se realiza en el proyecto del
edificio multifamiliar? ... 93 Tabla 28. ¿Está conforme con los estudios que se realizó en el proyecto de
los diversos edificios multifamiliares? ... 94 Tabla 29. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
indeterminado se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 95 Tabla 30. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 96 Tabla 31. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
de momento de área se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 97 Tabla 32. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
de superposición se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los diversos edificios multifamiliares? ... 98 Tabla 33. ¿Está conforme con los procesos de hormigón reforzado con fibra
utilizado en las losas de macizas de los concretos armados en los diversos edificios multifamiliares? ... 99 Tabla 34. ¿Cree usted que la fibra de carbono es la mejor opción de la
utilización de este sistema para la construcción del concreto armado de los diversos edificios multifamiliares? ... 100 Tabla 35. ¿Está de acuerdo con el hormigón endurecido utilizados en el
proyecto de los diversos edificios multifamiliares? ... 101
Tabla 36. ¿Está de acuerdo con los métodos de dosificación utilizados para la creación de losas macizas de concreto armado en los edificios multifamiliares? ... 102 Tabla 37. ¿Está conforme con el proceso de hormigón estado endurecido
utilizado en las losas de macizas del concreto armado en los edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 103 Tabla 38. ¿Está de acuerdo en los estudios de diseño sísmicos para la
ejecución del proyecto? ... 104 Tabla 39. ¿Está de acuerdo en los estudios de diseño resistente para la
ejecución del proyecto d los diversos edificios multifamiliares? ... 105 Tabla 40. ¿Está de acuerdo en los estudios de prevención de amenazas
sísmicas para la ejecución del proyecto? ... 106 Tabla 41. ¿Está de acuerdo que se hagan más estudios sobre la interacción
suelo estructura? ... 107 Tabla 42. ¿Está de acuerdo en los estudios de la edificación y coeficiente de
capacidad de disipación de energía considera para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado? ... 108 Tabla 43. ¿Está conforme con el diseño de líneas de influencia para el
desarrollo del proyecto de los diversos edificios multifamiliares? .... 109 Tabla 44. ¿Está conforme con el diseño al límite para el desarrollo del
proyecto de los diversos edificios multifamiliares? ... 110 Tabla 45. ¿Está conforme con el diseño al límite, código así para el desarrollo
del proyecto? ... 111 Tabla 46. ¿Está conforme con el diseño preliminar de miembros para el
desarrollo del proyecto? ... 112 Tabla 47. ¿Está conforme con el diseño lateral en edificios para el desarrollo
del proyecto? ... 113 Tabla 48. ¿Cree usted que los métodos de diseño de concreto reforzado
utilizado en el desarrollo del proyecto de los edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 114 Tabla 49. ¿Está de acuerdo que la construcción de las zapatas de hormigón
Tabla 50. ¿Está de acuerdo en los estudios de terremoto máximo considera para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado del edificio multifamiliar? ... 116 Tabla 51. ¿Cree usted que es buenas los procesos de factores de ocupación
utilizada en el desarrollo del proyecto de los diversos edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 117 Tabla 52. ¿Está de acuerdo en los estudios de cargas de diseño sísmico
considera para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado ... 118
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Predimensionamiento de elementos estructurales. ... 40
Figura 2. Tipos de Columnas. ... 41
Figura 3. Tipos de vigas peraltada ... 42
Figura 4. Vigas Peraltadas. Izquierda: Viga peraltada hacia arriba y abajo, derecha: viga peraltada hacia arriba ... 42
Figura 5. Configuración y dimensionamiento de una planta estructural típica de 3 pisos ... 43
Figura 6. Predimensionamiento de viga ... 44
Figura 7. Losa Aligerada carga vertical (rígido) sismo (diagrama rígido) ... 45
Figura 8. Altura o espesor de la losa. ... 45
Figura 9. Paños de Aligerados Armados en una dirección ... 46
Figura 10. Losa maciza armada en dos direcciones. ... 47
Figura 11. Losas macizas con muros en sus cuatro bordes. ... 48
Figura 12. Sistemas estructurales duales de pórticos y placas de concreto armado... 48
Figura 13. Sistema estructural de muros resistente en un edificio de viviendas. .. 49
Figura 14. Brazo rígido. ... 50
Figura 15. Sismo en Brazo rígido. ... 50
Figura 16. Centro de masa. ... 51
Figura 17. Centro de rigidez. ... 51
Figura 18. Excentricidad ... 52
Figura 19. Zona Sísmica ... 54
Figura 20. Esquema Conceptual del análisis dinámico modal espectral. ... 58
Figura 21. Transmisión de las Cargas Verticales. ... 60
Figura 22. Zapata aislada (Yepes, 2020) ... 64
Figura 23. Zapata combinada (Yepes, 2020) ... 64
Figura 24. Zapata conectada (Yepes, 2020) ... 65 Figura 25. ¿Está de acuerdo con las curvas esfuerzo utilizado para el concreto
armado en los diversos edificios multifamiliares del distrito de
Figura 26. ¿Está bien a estructura para la construcción de las losas macizas en los diversos edificios multifamiliares del distrito de Nazca- Ica,2021? ... 90 Figura 27. ¿Está conforme con la utilización de mansur para las estructuras
de las losas macizas del concreto armado en los diversos edificios multifamiliares en el distrito de Nazca-Ica,2021? ... 91 Figura 28. ¿Está conforme con los metrados de carga para las estructuras de
las losas macizas del concreto armado en los edificios multifamiliares en el distrito de Nazca-Ica,2021? ... 92 Figura 29. ¿Está conforme con los estudios que se realiza en el proyecto del
edificio multifamiliar? ... 93 Figura 30. ¿Está conforme con los estudios que se realizó en el proyecto de
los diversos edificios multifamiliares? ... 94 Figura 31. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
indeterminado se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 95 Figura 32. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 96 Figura 33. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
de momento de área se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los edificios multifamiliares? ... 97 Figura 34. ¿Cree usted que el sistema de vigas y ejes método de integración
de superposición se aplicará mejor en este tipo de proyectos de comportamiento sísmico en las losas macizas del concreto armado de los diversos edificios multifamiliares? ... 98 Figura 35. ¿Está conforme con los procesos de hormigón reforzado con fibra
utilizado en las losas de macizas de los concretos armados en los diversos edificios multifamiliares? ... 99
Figura 36. ¿Cree usted que la fibra de carbono es la mejor opción de la utilización de este sistema para la construcción del concreto armado de los diversos edificios multifamiliares? ... 100 Figura 37. ¿Está de acuerdo con el hormigón endurecido utilizados en el
proyecto de los diversos edificios multifamiliares? ... 101 Figura 38. ¿Está de acuerdo con los métodos de dosificación utilizados para
la creación de losas macizas de concreto armado en los edificios multifamiliares? ... 102 Figura 39. ¿Está conforme con el proceso de hormigón estado endurecido
utilizado en las losas de macizas del concreto armado en los edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 103 Figura 40. ¿Está de acuerdo en los estudios de diseño sísmicos para la
ejecución del proyecto? ... 104 Figura 41. ¿Está de acuerdo en los estudios de diseño resistente para la
ejecución del proyecto de los diversos edificios multifamiliares? ... 105 Figura 42. ¿Está de acuerdo en los estudios de prevención de amenazas
sísmicas para la ejecución del proyecto? ... 106 Figura 43. ¿Está de acuerdo que se hagan más estudios sobre la interacción
suelo estructura? ... 107 Figura 44. ¿Está de acuerdo en los estudios de la edificación y coeficiente de
capacidad de disipación de energía considera para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado? ... 108 Figura 45. ¿Está conforme con el diseño de líneas de influencia para el
desarrollo del proyecto de los diversos edificios multifamiliares? .... 109 Figura 46. ¿Está conforme con el diseño al límite para el desarrollo del
proyecto de los diversos edificios multifamiliares? ... 110 Figura 47. ¿Está conforme con el diseño al límite, código así para el desarrollo
del proyecto? ... 111 Figura 48. ¿Está conforme con el diseño preliminar de miembros para el
desarrollo del proyecto? ... 112 Figura 49. ¿Está conforme con el diseño lateral en edificios para el desarrollo
Figura 50. ¿Cree usted que los métodos de diseño de concreto reforzado utilizado en el desarrollo del proyecto de los edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 114 Figura 51. ¿Está de acuerdo que la construcción de las zapatas de hormigón
es necesaria para la construcción del edificio multifamiliar?... 115 Figura 52. ¿Está de acuerdo en los estudios de terremoto máximo considera
para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado del edificio multifamiliar? ... 116 Figura 53. ¿Cree usted que es buenas los procesos de factores de ocupación
utilizada en el desarrollo del proyecto de los diversos edificios multifamiliares con sistema aporticado? ... 117 Figura 54. ¿Está de acuerdo en los estudios de cargas de diseño sísmico
considera para la ejecución del proyecto de losas macizas de concreto armado? ... 118
INTRODUCCIÓN
El presente proyecto denominado: “Diseño sismorresistente de un edificio multifamilar de concreto armado y su interacción suelo-estructura en suelos blandos en el distrito Nazca-Ica, 2021”, consta de capítulos que se detallan en forma organizada a continuación.
Capítulo I. “Problema de Investigación”, identifica el problema para resolver mediante un análisis previo, estableciendo en él una justificación y objetivos que llevaran a cabo la solución de una manera clara y concisa.
Capítulo II. “Marco Teórico”, consta de los fundamentos teóricos que serán base para comprender de manera adecuada y precisa del problema planteado, además será un apoyo científico que guiará durante el desarrollo del proyecto.
Capítulo III. “Métodos y Materiales”, se indica las metodologías que se utilizaran especificando además las técnicas e instrumentos para recolectar y procesar la información, también describe el camino que deberá seguir para el desarrollo del proyecto.
Capítulo IV. “Resultados”, Diseño Sismorresistente de una Vivienda Multifamiliar de Concreto Armado y su incidencia en Cimentación Superficial, en Suelos Arenosos es un diseño que permite obtener el peso de la edificación y así asignar a la carga actuante y asentamiento. Para poder verificar en la modelación que cumple con los datos obtenidos de EMS y la norma RNE.
Capítulo V. “Discusión”, se establece las coincidencias y discrepancias, de los resultados encontrados.
Capítulo VI. “Conclusiones”, se establece las ideas finales que reflejan los aspectos más importantes del trabajo de investigación.
Capítulo VII. “Recomendación”, se establece las propuestas que nacen del trabajo de investigación.
Concluye la tesis con las referencias bibliográficas y los anexos.
I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. Planteamiento de Problema
A nivel mundial una gran parte de la las edificaciones se ejecutan sin haberse realizado un previo estudio de suelos, ya que estos estudios nos muestran las variantes que tienen los suelos, como por ejemplo; la capacidad portante del suelo, también sabemos en qué tipo de suelo estamos construyendo nuestra edificación, con estos resultados determinamos el tipo de cimentación que vamos a utilizar en la edificación y así para poder realizar un buen diseño estructural, según Rochel Awad (2012), manifiesta que “todo proyecto se inicia con la identificación de una necesidad que requiere algún tipo de construcción para ser satisfecha y con la realización del estudio socioeconómico que demuestre su factibilidad.
A nivel Nacional, la mayoría de la población se dedica a la autoconstrucción de sus viviendas y por tal razón las edificaciones en el futuro sufren fallas estructurales, ya que no toman en cuenta la zona sísmica y la capacidad portante del suelo según Rodriguez Serquen (2016), sostiene que “el diseño estructural y de cimentaciones debe considerar el Mapa geotécnico, porque allí se define el comportamiento del suelo, que va a estar en contacto con la estructura a construir.
Por otro lado, en el cálculo normativo, para el análisis estructural según la norma de diseño sismorresistente E.0.30, se considera el suelo de fundación como un medio externo completamente rígido y sobre el cual es colocada la estructura de cimentación, generándose así empotramiento entre ellas. Sin embargo, este modelo no representa el comportamiento sísmico real de una edificación en nuestro país, y por ello, es importante considerar la flexibilidad del suelo de fundación en el Comportamiento Sismorresistente de una edificación. En este contexto, es necesario realizar estudios geotécnicos, debido a que la mayoría de estructuras fallan por efecto del suelo. Por lo tanto, la necesidad de investigaciones que profundicen en la interacción suelo estructura en el litoral peruano es importante.
Por ello, Tavera (2014) dice que “Algunos efectos sísmicos dependen directamente del factor suelo, ya que estas amplifican las ondas sísmicas de acuerdo a sus propiedades mecánicas y físicas” (p.10). Por lo que es evidente la alta actividad sísmica que presenta nuestro país, al cual estamos expuestos. Por
ello, es necesario que se contemple una exigencia estructural en las edificaciones y se realicen estudios e investigaciones sobre Interacción Suelo-Estructura. Esto, permitirá mejorar las técnicas y métodos de análisis de estructuras con la finalidad de obtener resultados más cercanos a la realidad.
También Villareal Castro (2017), menciona que “en el cálculo normativo, para el análisis estructural según la norma de diseño sismorresistente E.0.30, se considera el suelo de fundación como un medio externo completamente rígido y sobre la cual es colocada la estructura de cimentación, generándose así empotramiento entre ellas. Sin embargo, este modelo no representa el comportamiento sísmico real de una edificación en nuestro país, y por ello, es importante considerar la flexibilidad del suelo de fundación en el Comportamiento Sismorresistente de una edificación. En este contexto, es necesario realizar estudios geotécnicos, debido a que la mayoría de estructuras fallan por efecto del suelo. Por lo tanto, la necesidad de investigaciones que profundicen en la interacción suelo estructura en el litoral peruano es importante.” (p. 5).
La Empresa Inversiones Highland S.A.C, es una constructora inmobiliaria que fue creada en el 2005 de la iniciativa de un grupo de Ingenieros y Arquitectos.
Highland se encuentra ubicado en Jr. Benlliure Nro. 380 (Paralela Cuadra 4 de Av.
San Borja Norte). Además, Highland es un tipo de empresa de sociedad anónima cerrada que esta empadronada en el registro nacional de proveedores para hacer contrataciones con el estado peruano.
La presente investigación pretende estudiar mediante el software de ingeniería Etabs, la aplicabilidad del análisis estático no lineal para la optimización del diseño sismorresistente (NTP.E.030), con la interacción del suelo (NTP.E.050), en vista que al momento de realizar una evaluación estructural del edificio multifamiliar. Por lo cual, se busca analizar y diseñar el comportamiento de un edificio multifamiliar con la interacción de suelos blandos.
1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general
PG ¿Cómo demostrar el comportamiento del diseño sismorresistente del edificio multifamiliar de concreto armado influye la interacción suelo-estructura en suelo blando de la región Ica,2021?
1.2.2. Problemas específicos
PE 1 ¿Cómo demostrar el comportamiento mecánico en el diseño sismorresistente de una vivienda multifamiliar de concreto armado y su interacción suelo-estructura en suelo blando de la región Ica,2021?
PE 2 ¿Cómo determinar el metrado de carga en el diseño sismorresistente del edificio multifamiliar de concreto armado y su interacción interacción suelo- estructura en suelo blando de la región Ica,2021?
PE 3 ¿Cómo verificar el comportamiento dinámico en el diseño sismorresistente de una vivienda multifamiliar de concreto armado y su interacción suelo- estructura en suelo blando de la región Ica,2021?
1.3. Justificación del estudio
Esta investigación es de gran interés porque diseñamos un edificio multifamiliar de concreto armado que permita tener mayor certeza en el comportamiento dinámico de las cimentaciones superficiales con el terreno de fundación, esto debido a fuerzas externas como los sismos que ataca directamente a esta interacción suelo-estructura de la región de Ica. Nos permite diseñar el edificio multifamiliar para verificar los tipos de carga, verificar el peso de la estructura (carga viva y carga muerta) y una cimentación adecuada con el estudio de suelo correspondiente; el estudio de suelo es importante porque de ahí determinamos el tipo de cimentación correspondiente para el edificio, ya que permite comprender de una manera más aproximada de qué forma trabajan las estructuras cuando se ven sometidas a movimientos sísmicos y sobrepasan su capacidad elástica.
1.3.1. Justificación teórica.
Esta investigación se realiza con el propósito de aportar el conocimiento sobre el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado con la interacción suelo estructura en suelos blandos de la región de Ica, así como también se puede emplear para edificaciones que van a soportar grandes cantidades de cargas. Esta investigación puede servir como base para ser incorporados para los futuros proyectos que se desarrollaran en lugares donde el suelo es de tipo suelos blandos. Esta investigación ayuda en la mejora del diseño de cimentación superficial aplicando la herramienta de software Etabs, de esta manera poder cumplir con los parámetros establecidos según la NTP E.030 y NTP E.050.
1.3.2. Justificación práctica.
La presente investigación se efectúa porque existe la necesidad de poder mejorar el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado, mediante la aplicación de los modelos dinámicos de interacción suelo estructura contribuye en la prevención de daños importantes en elementos estructurales no esperados, garantizando un óptimo comportamiento sismorresistente para la edificación en suelos blandos, haciendo uso de la herramienta de software Etabs.
Así mismo esta investigación ayudará a la región de Ica a la mejora de sus futuros proyectos. La utilización de cimentaciones superficiales en suelos blandos, optimiza las fallas en la edificación. La cimentación superficial también se utiliza para edificaciones de mayor carga.
1.3.3. Justificación social.
El presente trabajo de investigación se realizó con la finalidad que las empresas, municipalidades deben tener responsabilidad al momento de ejecutar un proyecto, es importancia realizar un estudio de suelo para poder realizar un adecuado diseño estructural, para que los proyectos no tengan falla por desplazamientos, falla de sismos, etc.
1.4. Objetivos de la investigación 1.4.1. Objetivo general
OG Demostrar que el diseño sismorresistente del edificio multifamiliar de concreto armado influye en la interacción suelo-estructura en suelos blandos en el distrito Nazca-Ica,2021.
1.4.2. Objetivos específicos
OE 1 Demostrar el comportamiento mecánico en el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado y su influencia suelo-estructura en suelos blandos en el distrito Nazca-Ica-2021.
OE 2 Determinar el metrado de cargas en el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado y su influencia en suelo-estructura, en suelos blandos en el distrito Nazca-Ica,2021.
OE 3 Verificar el comportamiento dinámico en el diseño sismorresistente de un edificio multifamiliar de concreto armado y su influencia en suelo-estructura, en suelos blandos en el distrito de Nazca-Ica-2021
II. MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes de la Investigación
En la búsqueda que hemos realizado con la finalidad de obtener más información acerca del tema, se han encontrado los siguientes trabajos de los cuales ninguno se refiere a la presente investigación:
2.1.1. Antecedentes nacionales
Se encontró el estudio realizado por Ríos Carranza, Deitin Adahilson (2020).
En su tesis llamada: “ANÁLISIS DE LA INTERACCIÓN SÍSMICA SUELO - ESTRUCTURA EN UN EDIFICIO CON SISTEMA DE MUROS ESTRUCTURALES SOPORTADOS A DIFERENTES PERFILES DE SUELO, TRUJILLO 2020.
El tesista en su trabajo de investigación tuvo como objetivo general; Usar los parámetros según las normas Técnicas de Estructuras para el análisis de la interacción sísmica suelo - estructura en un edificio con sistema de muros estructurales soportados a diferentes perfiles de suelo, Trujillo 2020.
El tipo de investigación que se aplico fue Descriptiva y Aplicada Según Tamayo y Tamayo (1997, P.54) menciona que la investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hechos y su característica fundamental es la de presentarnos una interpretación correcta.
Las conclusiones a las que arribó en su investigación son: La presente investigación se ha realizado con el propósito de analizar los efectos de la interacción sísmica del suelo – estructura en un edificio con sistema de muros estructurales sometidos a diferentes perfiles de suelo en la ciudad de Trujillo. El diseño de esta investigación es de tipo no experimental descriptiva - aplicada, en la que se tiene como población todos los modelos de edificios con sistema de muros estructurales de 11 pisos, que cumplen los parámetros de diseño del Reglamento Nacional de Edificaciones en la ciudad de Trujillo, de la que se extrajo una muestra no probabilística por correspondiente a un edificio de muros estructurales de 11 pisos con cimentación de tipo platea. Como técnicas de recolección de datos se
AutoCAD2020, ETABS V.18 y Microsoft Excel 2016. En cuanto a los resultados obtenidos de los métodos con base flexible respecto a método de la norma peruana se observa un incremento significativo en los desplazamientos, un incremento medianamente significativo en los periodos de vibración y en cuanto a las fuerzas internas se observa una disminución medianamente significativa en la fuerza cortante, momento flector y momento torsor. Además, pasar de un suelo duro (S1) a uno intermedio (S2) aumenta los periodos de vibración, desplazamiento y fuerzas internas. En cuanto a los resultados obtenidos de los métodos con base flexible respecto a método de la norma peruana se observa un incremento significativo en los desplazamientos, un incremento medianamente significativo en los periodos de vibración y en cuanto a las fuerzas internas se observa una disminución medianamente significativa en la fuerza cortante, momento flector y momento torsor. Además, pasar de un suelo duro (S1) a uno intermedio (S2) aumenta los periodos de vibración, desplazamiento y fuerzas internas. En cuanto a los resultados obtenidos de los métodos con base flexible respecto a método de la norma peruana se observa un incremento significativo en los desplazamientos, un incremento medianamente significativo en los periodos de vibración y en cuanto a las fuerzas internas se observa una disminución medianamente significativa en la fuerza cortante, momento flector y momento torsor. Además, pasar de un suelo duro (S1) a uno intermedio (S2) aumenta los periodos de vibración, desplazamiento y fuerzas internas.
Se encontró el estudio realizado por JOHN HIMNER SALDAÑA NUÑEZ (2020). En su tesis llamada: “EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO SISMICO DE DOS EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO SOBRE SUELO FLEXIBLE- CHACHAPOYAS-2020.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; realizar la evaluación del comportamiento sísmico de dos edificaciones de concreto armado sobre suelo flexible basadas en el Reglamento Nacional de Edificaciones, Soportadas por programa de simulación computarizado.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter aplicativo, tipo de investigación descriptivo y diseño pre- experimental.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: El comportamiento mecánico de las estructuras aporticadas analizadas, tienen tres aspectos principales que gobiernan su funcionamiento. Primero, el coeficiente ZUCS/R, que mide el porcentaje de energía de un sismo que la estructura absorbe y transmite a sus elementos. Segundo, la geometría de la estructura, esto determina la forma en que la estructura transmite los esfuerzos y, por lo tanto, como se deforma. Tercero, cargas propias del sistema, que son las que interactúan antes, durante y después de que la estructura es sometida a un movimiento telúrico.
En ambas edificaciones, la geometría es idéntica; la proporción de aumento de rigidez del primer al segundo nivel es de 2.37; los periodos más altos son de los primeros modos, y conforme la deformación se va haciendo compleja, el periodo se reduce y su frecuencia aumenta; la mayoría de los esfuerzos máximos se encuentran en el primer nivel; las deformaciones máximas se dan en el techo y, las mínimas, exceptuando la base (por ser una idealización de soporte fijo que no se deforma), en el piso 1; las fuerzas cortantes son más grandes, mientras menor sea el piso en que se calcule y; los esfuerzos y deformaciones máximas se dan en el análisis estático, seguido por la respuesta máxima modal espectral y por último el análisis espectral “Earthquake”. Las principales diferencias cuando se pasa de la estructura de tres a seis pisos son: Las rigideces aumentan en una proporción de 7.10 en cada nivel; el peso aumenta en una proporción de 2.37 veces el peso de la estructura de tres pisos; las fuerzas axiales máximas para el mismo tipo de análisis sísmico, se cuadruplican, las fuerzas cortantes se duplican, los momentos flectores se triplican y los momentos torsionantes aumentan en 2/3 sus valores; la altura aumenta en un 90%; su deformación en un 88.82% y; la deriva máxima se encuentra en el piso 1 para la vivienda de tres pisos, mientras que para la de seis, se encuentra en el piso 2.
En vista de que la capacidad portante de un suelo flexible, es muy baja. Se diseño las cimentaciones considerando la capacidad portante promedio de las arcillas (1.5 kgf/cm2), que es el tipo de suelo con más presencia en la ciudad de chachapoyas; para así dejar un modelo que sirva para quien desee replicar esta
pautas de la norma E.060. Esto se logró haciendo uso de los resultados de los análisis sísmicos. Se presentaron planos de arquitectura y estructuras.
Un suelo flexible o blando tiene una densidad baja; es decir, sus partículas están más separadas. La respuesta predominante de este suelo es de periodos largos, mayores de 0.5s. Si a esto, le añadimos que el periodo de estas estructuras en el modo principal N° 1 son de 0.535 s y 0.679 s, para tres y seis pisos respectivamente. Podemos concluir que los periodos se van acoplar con los del suelo, generando fuerzas inerciales más grandes que si cimentara sobre suelos rígidos; estos esfuerzos mecánicos están considerados en el análisis estático. El resto de modos, sus periodos son más bajos; en ellos si se da un desacoplamiento entre los periodos del suelo y la estructura. Esto trae consigo fuerzas inerciales más bajas, es decir que entre más complejo sea el modo de deformación, menores esfuerzos; estos esfuerzos están considerados en el análisis dinámico modal y espectral. Dicho esto, se puede ver que el desacoplamiento de periodos fue más notorio para la vivienda de tres pisos; en consecuencia, tiene menores fuerzas inerciales; además, tiene casi la mitad de carga total, menor número de personas y por último menores esfuerzos. Por lo que la degradación de rigidez y resistencia será más lenta, dando tiempo así para una evacuación segura. En resumen, se comprueba que el comportamiento sísmico de la estructura de tres pisos es mejor que la de seis pisos.
Se encontró el estudio realizado por Iván Antony y Valia Sthefany (2015). En su tesis llamada: “ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL EN CONCRETO ARMADO PARA UNA VIVIENDA MULTIFAMILIAR APLICANDO LA NUEVA NORMA DE DISEÑO SISMORRESISTENTE EN LA URBANIZACION SOLILUZ- TRUJILLO”, UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO-TRUJILLO.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; realizar el análisis y diseño estructural en concreto armado para una vivienda multifamiliar aplicando la nueva norma de diseño sismorresistente en la urbanización Soliluz- Trujillo.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter Aplicativo.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: (1) Etabs es un programa utilizado por ingenieros estructurales, para el análisis y diseño estructural de edificios, ayudando al cálculo de estructuras con formas regulares, irregulares y complejas permitiendo trazar no solo rectas si no también curvas, tiene buena precisión y exactitud en sus cálculos al trabajar con elementos finitos. (2) El estudio de suelos arrojó una capacidad importante o resistencia del terreno, lo suficientemente buena como para cimentar una estructura, por lo tanto, se recomendó utilizar una cimentación superficial, además de acuerdo al cálculo del peso que recibe cada columna se obtuvieron zapatas aisladas o combinadas en caso las columnas estuvieran muy cerca. (3) De acuerdo a los resultados del análisis sísmico y del análisis vertical se ha podido verificar que los esfuerzos sísmicos gobiernan el diseño, por eso la importancia de emplear correctamente la norma de diseño sismorresistente. (4) Un criterio muy usado actualmente en el diseño sismorresistente es incluir muros de corte en ambas direcciones, los cuales proporcionan una gran rigidez lateral al edificio, este criterio se ha aplicado en el presente proyecto. Evaluando los resultados podemos concluir que efectivamente es un buen criterio pues las placas han tomado el 80% de porcentaje del cortante sísmico y se han limitado los desplazamientos horizontales. (5) El diseño en si es un arte, esta afirmación nos da la certeza que las computadoras, si bien son valiosísimas como elementos de análisis, no reemplazaran al diseñador.
Se encontró el estudio realizado por Chorres Severino, Miguel Ángel (2017).
En su tesis llamada: “USO DE GEOTEXTILES PARA LA MEJORA DEL SUELO DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN SUELOS ARENOSOS ASENTAMIENTO HUMANO PACHACÚTEC DISTRITO DE VENTANILLA - 2017”, UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO-LIMA.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; mejorar con el Uso de Geotextiles el suelo de las Cimentaciones superficiales en suelos arenosos en el Asentamiento Humano Pachacutec, distrito de Ventanilla.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter aplicativo, nivel de investigación cuasi- experimental y diseño
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: (1) Se logró determinar que a partir del CBR y del espesor del Geotextil el resultado fue positivo.
Del ensayo realizado con el geotextil en punto intermedio obtuvimos un CBR de 34.0% y el CBR sin geotextil fue de 30.2% teniendo una mejora de 4%. (2) Realizamos dos ensayos más con dos capas y tres capas de geotextil los va-lores no se incrementaron por el efecto espesor de capa y espesor de geotextil. (3) Se ha determinado que el geotextil su función principal es tomar el esfuerzo por tracción por flexión, su presencia elevó el CBR en un 4% mejorando entonces así, la calidad del suelo. (4) Se determinó que Cuando la capa de los suelos soporta cargas fallan por tracción por flexión, y al haber incrementado el CBR asegura que ese suelo puede soportar más cargas sin fallar dentro del rango.
Se encontró el estudio realizado por Alfaro Quispe Giuseppe leoncio y Copello Muñante Renatto Mauricio (2017). En su tesis llamada: “COMPARATIVO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL CONSIDERANDO INTERACCIÓN SUELO - ESTRUCTURA (ISE) VS. EMPOTRADO, PARA UN EDIFICIO DE OFICINAS DE 5 PISOS, EN LA CIUDAD DE LIMA, CON SISTEMA DUAL, SEGÚN LA PROPUESTA DE NORMA E030-2014
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; es presentar aspectos y conceptos relacionados comparativo de análisis estructural considerando interacción suelo - estructura (ise) vs. empotrado, para un edificio de oficinas de 5 pisos, en la ciudad de lima, con sistema dual, según la propuesta de norma e030-2014
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter aplicativo.
Las conclusiones a las que arribó en su investigación son: mediante la aplicación de los modelos dinámicos de interacción suelo - estructura, se logró la reducción de las fuerzas internas en los elementos estructurales con respecto al modelo convencional de empotramiento en la base; por el contrario, los desplazamientos laterales y los periodos del modo de vibración se incrementaron, concluyéndose que ante un evento sísmico la rigidez del suelo de fundación absorbe parte de la energía liberada. Se pudo observar que las derivas aumentaron
proporcionalmente en aproximadamente de 8% en el primer piso a un 50% en el último piso al considerar las secciones agrietadas bajo un mismo modelo, es decir tanto para el modelo con base rígida que con base flexible. Se evidenció que el aumento de las derivas se debe a la incorporación de la hipótesis de Interacción Suelo Estructura, la cual confiere ciertas características de rigidez, masa y grados de libertad a la cimentación. Se pudo observar que al igual que el modelamiento considerando base rígida como medio de hipótesis para el análisis, la modelación con interacción suelo - estructura mediante el modelo de Barkan no escapa de hipótesis, también dentro de las cuales es suponer un módulo de elasticidad único para todo el suelo sin importar la profundidad de estratos, nivel freático, profundidad de estos, humedad, etc. Esto como es de suponerse no es correcto, ya que para encontrar valores que se ajusten a lo real se necesita trabajar con medios mayormente cercanos a la realidad. Del mismo modo con el Coeficiente de Poisson que en circunstancias reales debería ser variable dependiendo de las circunstancias en el suelo que se encuentre. El modelo Barkan establece coeficientes de compresión y desplazamiento que se basa básicamente en la geometría plana entre contacto de cimentación y suelo, de manera que al depender del área de contacto puede ser de gran practicidad como modelo para diferentes formas de cimentaciones. Se pudo constatar que el orden de las fuerzas internas mantenía su posición en todos modelos, siendo que las mayores fuerzas se encontraron en el modelo con base rígida, seguido del modelo con base flexible, seguido del modelo con base rígida con secciones agrietadas y por último el de base flexible con secciones agrietadas. Del análisis sísmico dan como resultado el cumplimiento de la última hipótesis en donde se plantea que las fuerzas máximas que soporta la edificación disminuyen conforme se va aumentando los grados de libertad de la cimentación. Se verificó que la reducción de las fuerzas actuantes en el modelo con interacción suelo - estructura con respecto generan más ahorro respecto al refuerzo de los elementos estructurales obteniéndose hasta un ahorro del 5,88% con secciones brutas y hasta un 14,59% para secciones agrietadas, lo que amerita la posibilidad de utilizarlo como medio de análisis. Esto cuando se plantee que el diseño este a disposición de utilizar análisis alternativos, tal como lo
2.1.2. Antecedentes internacionales
Se encontró el estudio realizado por Mejía. (2018), En su tesis llamada:
“ANÁLISIS DE INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA EN CONJUNTO CON UN ANÁLISIS PUSH OVER EN UNA EDIFICACIÓN DE 10 PISOS EN PÓRTICOS DE CONCRETO, EN ZONAS LACUSTRES DE LA MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE BOGOTÁ”.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; es analizar interacción suelo estructura en conjunto con un análisis push over en una edificación de 10 pisos en pórticos de concreto, en zonas lacustres de la microzonificación sísmica de bogotá.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter aplicativo, tipo de investigación descriptivo y diseño experimental.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: estableció como objetivo analizar los efectos del comportamiento elástico de una edificación utilizando un modelo de análisis no lineal y lineal (Análisis Push Over) y la influencia del ISE. Cuya conclusión fue que los resultados de los modelos de análisis lineal que no consideran la acción reciproca del suelo-estructura, tienen una cortante de diseño más bajo que el obtenido en el análisis no lineal considerando la interacción suelo estructura, y recomienda utilizar las mismas en el estudio y diseño de los elementos estructurales de las edificaciones de concreto, porque permite conocer y controlar mejor el comportamiento estructural.
Asimismo, al disminuir la aceleración espectral a 4g en zonas específicas de Bogotá, influenció de tal manera que se requiere menos cantidad de acero de refuerzo en los elementos estructurales de la edificación en mención.
Se encontró el estudio realizado por Olmedo Cueva, José Paul (2013). En su tesis llamada: “IMPLEMENTACION DE PROGRAMAS COMPUTACIONALES PARA EL CÁLCULO Y DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES APLICACIÓN AL CÁLCULO DE EDIFICIOS”, UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR-QUITO.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; implementar programas informáticos en la materia de proyectos y paquetes computacionales de la carrera de Ingeniería Civil, destinados al análisis y diseño de cimentaciones superficiales, aplicación para el cálculo de edificios.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter tecnológico, tipo de investigación descriptivo y diseño experimental.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: (1) De manera especial se logró la Implementación del Programa SAFE destinado al análisis y diseño de Cimentaciones Superficiales Aplicados al Cálculo de Edificios, mediante la utilización de instrumentos conceptuales y metodológicos, adiestramiento previo y ejecución del programa a fin de mejorar la capacidad técnica del futuro Ingeniero Civil.
(2) Al comparar los resultados entre el cálculo manual que se realiza cotidianamente y la aplicación del programa SAFE, es notoria la existencia de un error mínimo, la ventaja del programa radica en poder afinar el cálculo de una manera más rápida, sin tener que repetir todo el proceso, por lo que se puede hacer las correcciones con facilidad modificando los datos ingresados y comprobando que la cimentación diseñada sea optima tanto económica como técnicamente. (3) Muy notorio el interés de los estudiantes de Noveno Semestre de la Escuela de Ingeniería Civil involucrados en la implementación del Programa, donde ellos observaron la eficiencia de la aplicación del mismo. (4) Es importante indicar también que todo profesional de la Ingeniería Civil dentro del ejercicio de la profesión, de una u otra manera está involucrado con el análisis, diseño y construcción de Cimentaciones Superficiales, por ello el uso de este manual aplicado desde los años estudiantiles, brindará una herramienta para el buen desempeño de su trabajo. (5) El manejo de estos programas permitirá a los futuros profesionales estar a la vanguardia de los avances tecnológicos en el campo de acción de la Ingeniería Civil, siendo más fácil su desafío a los retos de la globalización del nuevo milenio. (6) Estos programas al ser de fácil obtención, a bajo costo y realizar el trabajo en menor tiempo definitivamente brindarán beneficios
utilizarlo como su herramienta de trabajo, estos programas deberían ser estandarizados.
Se encontró el estudio realizado por Barnert Tapia, German Alberto (2009).
En su tesis llamada: “PROGRAMA COMPUTACIONAL, DISEÑO ESTRUCTURAL FUNDACIONES SUPERFICIALES F&D1.0, BAJO PLATAFORMA MATHCAD”, UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE-VALDIVIA.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; Diseño Estructural de Fundaciones Superficiales, sin entrar en elementos finitos, que verifique dimensionamiento, diseñe por resistencia y tensiones admisibles, diversos sistemas de fundaciones superficiales, mediante una interfaz amigable que entregue la información necesaria respecto a las etapas del dimensionamiento o diseño ejecutadas, de tal manera, que no se despegue del concepto físico o los parámetros de cálculo manuales que maneja cada ingeniero civil.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter cuantitativo, tipo de investigación descriptivo y diseño experimental.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: (1) Se cumple a cabalidad el objetivo general, de crear un programa computacional en lenguaje Mathcad, de diseño estructural de fundaciones superficiales (F&D1.0), de tipo modular, los cuales, verifican dimensionamiento, diseña por resistencia y tensiones admisibles diversos sistemas de fundaciones superficiales, mediante una interfaz amigable, eficiente y con un nivel de error despreciable. Paralelamente, se crearon módulos de ayudas de diseño incorporados al programa. (2) Con respecto a zapatas aisladas se logra con creces el objetivo, desde su dimensionamiento, diseño por resistencia y tensiones admisibles. Cabe destacar, que después de un proceso de análisis, se concluyó separar las etapas de diseño en diversos módulos, debido a que se puede controlar de mejor manera el diseño global. Esta forma le dio más versatilidad e independencia a las etapas dentro del proceso de diseño;
Para la búsqueda de las tensiones debido a solicitaciones de tipo biaxial se programa el método propuesto por Kenneth E. Wilson (1997) solucionando un problema muy delicado como es el control del área actuando en compresión; Al considerar un módulo especial donde se asigna la carga uniformemente distribuida
bajo la zapata, resulta muy útil para el diseño, debido a que el proyectista puede saltarse la entrada de solicitaciones y probar, por el lado de la seguridad, alguna carga distribuida; Para suplir, la elección de la combinación de diseño, se creó el filtro de solicitaciones de tipo biaxial, de tal manera que indica que combinación genera mayor tensión; Sobre el diseño según el ACI318-05 se logra interpretar perfectamente el código, siguiendo la secuencia propuesta por el capítulo 15 de éste, de la misma forma como se presenta en el anexo B. (3) Sobre la fundación corrida se obtuvo el objetivo, por el lado de la seguridad, según el modelo propuesto. Se logra el dimensionamiento y diseño. El problema real es tan complejo y tiene tantas variables que el método de análisis que mejor aproxima la realidad, es por la técnica de elementos finitos quedando fuera del alcance de éste. (4) Para el sistema de fundación con viga de amarre se cumple el objetivo cabalmente, según el modelo. Es importante destacar que éste es una variante de los muchos existentes, Calavera (2000). Las Virtudes del módulo son dos, el primer modelo recibe dos columnas y el segundo utiliza el dado del eje 2, sólo funciona como contrapeso (muerto). Claramente el modelo propuesto tiene sus limitaciones, permite solicitaciones en el eje del sistema. (5) La fundación combinada rectangular, cumplió con el objetivo según modelo, respecto a dimensionamiento y diseño estructural. La limitante del problema es que permite solicitaciones en el eje del sistema. Para la fundación T el dimensionamiento se logró perfectamente.
Se encontró el estudio realizado por Brizuela Agüero, Silvia María (2016). En su tesis llamada: “DISEÑO DE UN PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA EL ANÁLISIS PROBABILISTICO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES Y MUROS DE RETENCION”, UNIVERSIDAD DE COSTA RICA -COSTA RICA.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; diseñar un programa computacional para el diseño de cimentaciones superficiales y muros de retención mediante una metodología de análisis probabilísticos.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter cuantitativo, tipo de investigación descriptivo y diseño experimental.
presenta a su alrededor, y esto genera afectaciones en los parámetros de resistencia del suelo, por lo que es muy importante tomar en cuenta estas posibles variaciones en los cálculos de diseño de las estructuras. Esto se demuestra en los ejemplos realizados, tanto para la cimentación superficial como para el muro de retención, al observar los cambios que sufren los factores de reducción al variar los parámetros para la realización del análisis probabilístico. (2) A partir de la relación de la base de datos estadísticos correspondientes a los parámetros de cohesión no drenada, peso específico total y ángulo de fricción efectivo, se logró establecer una zonificación, la cual se muestra en la figura 22. Esto permite conocer las zonas que no poseen información para una eventual ampliación de la base de datos. (3) Los resultados que ofrece el programa permite que el diseñador pueda conocer los posibles cambios que podrían presentar las condiciones del suelo, y de esta manera tomar decisiones más informadas con respecto al diseño de las estructuras, ya que se cuantifican las incertidumbres con las que se están trabajando, conociendo preliminarmente la probabilidad de falla de la estructura. Además, permite conocer la variabilidad de las características de los suelos típicos de zona.
(4) El dimensionamiento de las estructuras que ofrece el programa cumple con los requerimientos del método determinístico que establece el código de cimentaciones de Costa Rica (2012) para el diseño geotécnico, para la resistencia por capacidad de carga en el caso de las cimentaciones superficiales, y la resistencia a deslizamiento, volteo y capacidad de carga para los muros de retención. (5) A pesar de que los resultados obtenidos en el software tienen algunas diferencias con respecto a los obtenido con el ejemplo desarrollado paso a paso, se comprueba que el análisis es muy sensible a pequeños cambios en los datos de entrada, por lo que se concluye que la utilización del programa permite obtener resultados más exactos, debido al uso de una mayor cantidad de decimales.
Se encontró el estudio realizado por Moya Andino, Gabriela Alexandra (2015). En su tesis llamada: “ESTUDIO Y ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR EFECTO DE CONSOLIDACIÓN DEL SUELO DE FUNDACIÓN, SEGÚN LA METODOLOGÍA PROPUESTA POR LA NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCION”, UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR-AMBATO.
En el trabajo de investigación se planteó como objetivo general; estudiar y analizar el comportamiento estructural de cimentaciones superficiales por efectos de consolidación del suelo de fundación según la metodología propuesta por la Norma Ecuatoriana de la Construcción.
El método de la investigación que se aplicó a este proyecto de investigación es de carácter cuantitativo, tipo de investigación descriptivo y diseño experimental.
Las conclusiones a las que arribaron en su investigación son: (1) Mediante el estudio y análisis de cimentaciones superficiales por efectos de consolidación del suelo de fundación se garantizará el adecuado comportamiento estructural del edificio de cinco pisos de hormigón armado. (2) Al tomar en cuenta que los efectos de consolidación del suelo de fundación producen asentamientos que introducen esfuerzos adicionales en los elementos del sistema estructural, podremos evitar el agrietamiento y no comprometer la estabilidad y funcionalidad de todo el sistema, confinamiento-mampostería. (3) La alternativa para garantizar el correcto comportamiento y la estabilidad de la estructura para cualquiera de los estados de cargas que pueden actuar sobre la misma y ante solicitaciones externas como son las fuerzas sísmicas es mantener la rigidez inicial de sus elementos. (4) Los estudiantes de la carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica de la Universidad Técnica de Ambato, desconocen la razón por la que originan los efectos de consolidación del suelo, así como los asentamientos en la cimentación.
2.2. Bases teóricas de las variables 2.2.1. Diseño Sismorresistente
Según Cutimbo Choque (2016), manifiesta que “los criterios de diseño sismorresistente que usualmente van desarrolladas en las Normas de diseño están orientados a seguir una filosofía de diseño. Este define cual es el comportamiento deseado. La gran mayoría de normas del mundo coinciden en que los objetivos generales de la construcción sismorresistente deben seguir los siguientes principios:
• Prevenir daños no estructurales para temblores o terremotos pequeños, que puedan ocurrir frecuentemente durante la vida útil (de servicio) de una estructura.
• Prevenir daños estructurales y hacer que los no estructurales sean mínimos, para terremotos moderados que pueden ocurrir de vez en cuando.
(usualmente se señala expresamente que la estructura sufriría varios de estos).
• Evitar el colapso o daños graves en terrenos intensos y larga duración que pueda ocurrir raras veces. (usualmente no durante la vida útil de la estructura)”. (p.13)
Por otro lado, Villareal Castro (2013), afirma que “la Ingeniería Sismo- Resistente, es parte de la dinámica estructural, que estudia el comportamiento de las edificaciones ante la acción sísmica e investiga los métodos de cálculo estructural, que garantizan su buen comportamiento y seguridad estructural ante los sismos”. (p. 3)
Por otro lado, Blanco Blasco (2011), propone que “la mayoría de códigos reconoce la complejidad del diseño sísmico de las edificaciones y define alcances u objetivos generales. En el caso de la norma peruana el criterio de diseño sismo- resistente se expresa señalando las edificaciones se comportarán ante los sismos considerando:
• Resistir sismos leves sin daños.
• Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves.
• Resistir sismos severos con la posibilidad de daños estructurales importantes con una posibilidad remota de ocurrencia del colapso de la edificación.
Se considera que el colapso de una edificación ocurre al fallar y/o desplomarse (caerse) parcial o totalmente su estructura con la posibilidad de ocurrencia de muertes de sus habitantes. El problema del diseño sismo-resistente es único en muchos aspectos, un gran sismo produce fuerzas de inercia que son
muy superiores a la carga más severa que ha de soportar la estructura durante su vida útil, sin embargo, solo existe una pequeña probabilidad de que ocurra, y más aún en el caso de que ocurra, la duración de esta carga es pequeña”. (p. 1,2)
Por otro lado, Ministerio de Vivienda (2017), sostiene que “en la Norma E.30 de Diseño Sismorresistente nos indica que La práctica mundial les asigna a las edificaciones una vida económicamente útil de 50 años. En ese lapso se pueden producir muchos sismos leves, uno o más moderados y quizás un sismo severo.
Por consiguiente, se acepta que las edificaciones tengan el siguiente comportamiento:
• La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las personas, aunque podría presentar daños importantes, debido a movimientos sísmicos calificados como severos para el lugar del proyecto.
• La estructura debería soportar movimientos sísmicos calificados como moderados para el lugar del proyecto, pudiendo experimentar daños reparables dentro de límites aceptables” (p.4)
Se concluye que el diseño sismorresistente, es una ciencia que estudia el comportamiento de las edificaciones ante la presencia de las acciones sísmicas y así mismo se investiga los métodos de cálculos, ya sea su rigidez, estabilidad y seguridad; para tener una mayor garantía de su comportamiento y seguridad.
Además, realizar un diseño sismorresistente ayuda a la población a tener una vivienda segura ante cualquier eventualidad ya sea de un sismo leve, moderado o intenso. El diseño sismorresistente en su concepto global lo que busca es evitar grandes daños que puedan causar a la estructura, sin embargo, estos daños van a ocurrir, pero van hacer de menor intensidad. De esta manera asegurar la vida útil de la estructura y de las personas que se encuentran en ella.
2.2.1.1. Predimensionamiento de elementos estructurales
Según Cutimbo Choque (2016), nos indica que “las estructuras como edificios, puentes, represas y otras, sirven para poder resistir los diferentes esfuerzos que se presentan ante la acción de fuerzas verticales y horizontales. El
columnas, placas, losas, etc. Este predimensionamiento es solo una base para las dimensiones de los elementos, por lo tanto, éstas deberán ser afinadas o reajustadas de acuerdo a las solicitaciones reales de carga luego de haber realizado los cálculos correspondientes para completar el diseño final de la estructura (ver figura 01).” (p. 32)
Figura 1. Predimensionamiento de elementos estructurales.
Fuente: Ingeniería Sismorresistentes, Cutimbo Choque, (2016)
2.2.1.1.1. Columnas
Son elementos estructurales que tienen importancia en una edificación, ya que a través de ellas las cargas serán transmitidas a la cimentación, así mismo tenemos columnas centradas, esquinadas y excéntricas, de acuerdo con Cutimbo Choque (2016), manifiesta que “las columnas son elementos estructurales que soportan tanto cargas verticales (peso propio), como fuerzas horizontales (sismos y vientos) y trabajan generalmente a flexo-compresión. La unión de vigas y columnas forman un tipo de sistema estructural denominado aporticado. Las formas y dimensiones de las columnas deben satisfacer dos condiciones estructurales importantes: 1) resistir cargas de gravedad; 2) resistir fuerzas sísmicas laterales.”
(pp. 47,48)
2.2.1.1.2. Predimensionamiento de las columnas para resistir cargas de gravedad
En su libro de Ingeniería sismorresistente, Cutimbo menciona que “Para garantizar la resistencia ante las cargas de gravedad para las columnas de un sistema estructural dual o aporticado, las áreas de sus secciones pueden ser dimensionadas en base a la siguiente expresión (ver figura 02)”. (Cutimbo Choque, 2016, p. 48).
Columnas centradas:
Área de columna = 𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜) 0.45𝑓′𝑐 Columnas excéntricas y esquinadas:
Área de columna = P(Servicio) 0.35𝑓′𝑐 Siendo: P(servicio) = P.A.N
Edificios Categoría A (ver E.030) P = 1500 Kg/m2 Edificios Categoría B (ver E.030) P = 1250 Kg/m2 Edificios Categoría C (ver E.030) P = 1000 Kg/m2 A= área tributaria.
N = número de pisos
Figura 2. Tipos de Columnas.
Fuente: Ingeniería Sismorresistentes, Cutimbo Choque, (2016)
